梁偉英 黃皓 江懷雁

【摘 要】 建筑信息模型（BIM）技術(shù)不僅在實(shí)際建筑工程項(xiàng)目中有很高的應(yīng)用價值，將其應(yīng)用于教學(xué)改革中也日益成為熱點(diǎn)。本文以《結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作》課程為例，針對現(xiàn)有教學(xué)模式存在的學(xué)生在桿件制作時失誤較多、拼裝錯誤率高、模型制作耗費(fèi)時間過長等問題，從教學(xué)模式、教學(xué)方法等方面探討了BIM技術(shù)的應(yīng)用，以期提高學(xué)生的模型制作水平、學(xué)習(xí)興趣、專業(yè)知識的應(yīng)用能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力。

【關(guān)鍵詞】 《結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作》;課程改革;BIM技術(shù)應(yīng)用;項(xiàng)目化教學(xué)

一、BIM技術(shù)概述及應(yīng)用

建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM），是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。[1]BIM技術(shù)具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、 可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)。[2]BIM技術(shù)以建筑模型作為建筑信息的載體，被應(yīng)用于從設(shè)計到竣工及運(yùn)行維護(hù)整個項(xiàng)目壽命周期，項(xiàng)目各參與方從建筑模型中提取所需信息進(jìn)行協(xié)同工作，能顯著提高建筑生產(chǎn)效益。[3]

BIM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工程項(xiàng)目當(dāng)中。在美國，2012年工程建設(shè)行業(yè)采用BIM的比例高達(dá)71%;2009年11月，香港房屋署發(fā)布了BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并預(yù)計在2014-2015年BIM技術(shù)將覆蓋其所有項(xiàng)目;在中國大陸，“十一五”規(guī)劃已將BIM 作為國家科技支撐計劃重點(diǎn)項(xiàng)目，“十二五”規(guī)劃中BIM 進(jìn)一步成為信息化的重點(diǎn)研究課題，多個重大城市陸續(xù)推出BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，政府和學(xué)界培養(yǎng)出了一大批BIM 專業(yè)人才。[4， 5]

BIM技術(shù)不僅在工程領(lǐng)域具有極強(qiáng)的應(yīng)用價值，在高校人才培養(yǎng)上亦有廣泛的應(yīng)用空間。[6]由于逼真的外觀和可視性，使得BIM技術(shù)具備天然的教學(xué)性，運(yùn)用該技術(shù)的信息處理及動態(tài)仿真功能，可將書面文字信息轉(zhuǎn)換為生動立體的可交互式施工現(xiàn)場模擬場景，能夠部分解決建筑工程專業(yè)課程理論與實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)生空間想象能力不足等問題。[7]BIM技術(shù)可以和攝像技術(shù)相結(jié)合，在模型中導(dǎo)入圖像信息，便可以實(shí)現(xiàn)3D施工模擬及合理安排施工進(jìn)度[8]。國內(nèi)很多高校已經(jīng)開設(shè)了BIM軟件課程[9]，BIM技術(shù)也被用于《建筑工程識圖》、《工程造價》等課程的教學(xué)改革中。[10-12]

二、項(xiàng)目化教學(xué)

項(xiàng)目化教學(xué)是指將課程的教學(xué)內(nèi)容和要求轉(zhuǎn)化為若干個有實(shí)用價值的工程項(xiàng)目，在特定的教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生在教師的組織和引導(dǎo)下，圍繞完成該項(xiàng)目而開展的從理論到實(shí)踐的教學(xué)活動。[13]學(xué)生在項(xiàng)目的具體實(shí)施過程中，思路清晰，任務(wù)明確，一方面有利于培養(yǎng)專業(yè)知識與技能，另一方面有助于提高分析和解決問題、團(tuán)隊協(xié)作等綜合能力。

三、BIM技術(shù)在《結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作》課程改革中的應(yīng)用探索

在實(shí)際工程項(xiàng)目中，BIM技術(shù)可以應(yīng)用于從設(shè)計到竣工及運(yùn)行維護(hù)整個項(xiàng)目壽命周期。那么，該技術(shù)也可以融入到專業(yè)課程項(xiàng)目化教學(xué)過程中，從教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計、教學(xué)組織、教材編寫等方面進(jìn)行改革，對項(xiàng)目化教學(xué)各要素進(jìn)行優(yōu)化，對提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平有重要意義。

1、《結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作》課程項(xiàng)目化教學(xué)現(xiàn)狀

《結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作》課程是繼《建筑力學(xué)》、《計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》、《建筑材料》等多門基礎(chǔ)課程之后的一門實(shí)踐類課程，其任務(wù)是在規(guī)定的時間內(nèi)完成一個承受豎向荷載的單跨簡支結(jié)構(gòu)紙質(zhì)模型的設(shè)計與制作，主要材料是白卡紙和白乳膠，用白卡紙卷成桿件，并借助白乳膠把桿件拼接成結(jié)構(gòu)模型，力求模型輕質(zhì)高強(qiáng)，同時具有創(chuàng)造性、貼近實(shí)際、結(jié)構(gòu)合理、制作精巧等優(yōu)點(diǎn)。該課程基于任務(wù)驅(qū)動法，采用項(xiàng)目化教學(xué)方式，把教學(xué)內(nèi)容設(shè)計成一個具體的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，項(xiàng)目圍繞模型設(shè)計→初步嘗試模型制作→模型方案改進(jìn)與優(yōu)化→模型正式加載測試這條主線展開，依據(jù)主線可進(jìn)一步劃分為若干實(shí)訓(xùn)子任務(wù)，由指導(dǎo)老師引導(dǎo)學(xué)生按小組完成。[14]這是一門綜合性較強(qiáng)的課程，不僅考察學(xué)生對建筑工程專業(yè)知識和計算機(jī)軟件的應(yīng)用能力，還考察學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

目前，在這樣的項(xiàng)目化教學(xué)模式下，學(xué)生較難在規(guī)定的時間內(nèi)制作出精巧美觀、輕質(zhì)高強(qiáng)的模型，原因有以下兩點(diǎn)：

（1）所用軟件表現(xiàn)力不足，桿件制作失誤較多。在模型設(shè)計階段，學(xué)生通過手繪或者結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器對模型進(jìn)行設(shè)計及預(yù)覽，而各桿件的相關(guān)參數(shù)如長度、直徑、所卷紙張層數(shù)等均建立在EXCEL電子表格中，存在模型與關(guān)鍵參數(shù)分離的現(xiàn)象;另外，在結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器中，桿件拼接的地方僅用一個點(diǎn)或者空心圓表示，不能展現(xiàn)出結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的真實(shí)構(gòu)造。因此，學(xué)生在下料的過程中常常出現(xiàn)桿件參數(shù)混用、預(yù)留長度估計不足等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致模型拼裝誤差較大，使模型尺寸不符合要求甚至拼裝失敗，影響項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)度。

（2）桿件拼裝順序不明確，拼裝錯誤率高，耗費(fèi)時間過長。學(xué)生在卷好每根桿件并晾干使其達(dá)到一定強(qiáng)度之后再進(jìn)行整個模型的拼裝工作。由于缺乏事前拼裝模擬，在拼裝的過程中經(jīng)常出現(xiàn)拼裝順序錯誤的現(xiàn)象，只能返工，拼裝進(jìn)度受到影響。另外，在返工的過程中不可避免會破壞部分桿件，被破壞的桿件只能重新制作，使得原來就有限的模型制作時間顯得更加短促。

由于模型制作耗費(fèi)時間過多，沒有充足的時間讓膠水硬化，模型在正式加載時表現(xiàn)出承載力偏低的現(xiàn)象，最終就會導(dǎo)致部分學(xué)生在本門課程的總評成績不理想，沒能真正體現(xiàn)出學(xué)生對專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力和動手能力，學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心和學(xué)習(xí)興趣也受到嚴(yán)重打擊。

2、基于BIM技術(shù)對《結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作》課程現(xiàn)有教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化

為解決現(xiàn)有教學(xué)模式下學(xué)生制作模型的過程中遇到的難題，現(xiàn)基于BIM技術(shù)對該課程的教學(xué)模式進(jìn)行優(yōu)化，解決了現(xiàn)有軟件展示不夠真實(shí)、模型與相關(guān)參數(shù)分離的問題，并且進(jìn)行模型桿件搭接動態(tài)模擬，降低在實(shí)際操作中出錯的概率，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時，加強(qiáng)學(xué)生對BIM技術(shù)的應(yīng)用能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（1）準(zhǔn)備階段。①教師：目前該課程的項(xiàng)目化教學(xué)模式已經(jīng)成型，項(xiàng)目組成和任務(wù)細(xì)分已經(jīng)明確[15]，主要面臨的問題是如何將BIM技術(shù)應(yīng)用到項(xiàng)目實(shí)施的過程中，對教學(xué)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，具體做法表1所示：

（2）實(shí)施階段。以學(xué)生為主體，教師按照準(zhǔn)備階段所設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生按小組完成項(xiàng)目各階段的任務(wù)。

（3）實(shí)訓(xùn)質(zhì)量評價。對學(xué)生的實(shí)訓(xùn)質(zhì)量評價分為過程評價和結(jié)果評價兩大部分，不僅要考察學(xué)生參與的積極性與努力程度、專業(yè)知識與技能、創(chuàng)新能力、動手能力及團(tuán)隊協(xié)作能力等，還要考察BIM技術(shù)的應(yīng)用能力，具體評價指標(biāo)及權(quán)重如表2所示。實(shí)踐表明，這種評價方法是比較客觀、公正的，有助于調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。

四、結(jié)語

綜上所述，將BIM技術(shù)應(yīng)用于《結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作》課程的項(xiàng)目化教學(xué)中，一方面，基于BIM技術(shù)，學(xué)生先借助Revit軟件進(jìn)行模型設(shè)計及優(yōu)化，充分利用Revit軟件所見即所得、模型及其參數(shù)相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，既使得所設(shè)計的模型顯示更直觀、更真實(shí)，也方便學(xué)生查看每根桿件的相關(guān)信息以及進(jìn)行模型的優(yōu)化，然后借助Navisworks軟件進(jìn)行模型拼接過程動態(tài)模擬，彌補(bǔ)了學(xué)生空間想象力和實(shí)踐能力不足的弱點(diǎn)，在桿件的制作及模型的拼裝過程中起到指導(dǎo)作用，減少失誤，提高模型設(shè)計與制作效率，學(xué)生的專業(yè)知識應(yīng)用能力、計算機(jī)應(yīng)用能力和團(tuán)隊協(xié)作能力也得到了充分的鍛煉和提升。另一方面，將BIM技術(shù)應(yīng)用于本課程中，是學(xué)生將BIM技術(shù)貫穿于構(gòu)思、設(shè)計、施工全過程的一次真實(shí)體驗(yàn)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對BIM技術(shù)的掌握不僅停留在建模階段，而上升到了項(xiàng)目周期各階段的應(yīng)用，對BIM相關(guān)理念的理解更上一層樓。

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【作者簡介】

梁偉英（1990—）女，廣西南寧人，畢業(yè)于廣西大學(xué)，工學(xué)碩士學(xué)位，教師，研究方向：高職力學(xué)教育、BIM技術(shù)教學(xué)及應(yīng)用.